Comercialización de Dispositivos RF MEMS de Diamante

Después de décadas de investigación y desarrollo, películas delgadas de diamante finalmente han salido del laboratorio y ahora son de fácil acceso para diseñadores MEMS. Muchas compañías están creando diversas formas de material de diamante disponible para aplicaciones a la escala de oblea; el diamante también está disponible como un módulo de proceso a través de MEMS e Intercambio de Nanotecnología [1].  Las investigaciones han avanzado significativamente para resolver los principales obstáculos técnicos de la integración de materiales, el micromaquinado de superficies y la producción a la escala de oblea. Sin embargo, el camino para aterrizar esta tecnología en la próxima generación de sistemas inalámbricos presenta un reto tanto a nivel técnico como de negocios. En general, RF MEMS sufre de expectativas no cumplidas desde hace varios años, pero las soluciones OEM RF de Teravicta [2], SiTime [3], Discera [4], y otros apenas están entrando al mercado. Se debe de trabajar duro en el diamante para alcanzarlos.       Los aspectos clave para una adopción amplia de RF MEMS de diamante son costo y funcionamiento. A pesar de las ganancias de funcionamiento que el diamante permite, para ser aceptado en el mercado el binomio precio/funcionamiento necesita ser mejor que el de las tecnologías que va a reemplazar. La reputación del diamante de ser caro es vista como el mayor obstáculo. Sin embargo, como un primer paso de muchos, el costo diferencial en el que se incurre a causa de la integración del diamante en el flujo del proceso es bajo, y se han desarrollado varias estrategias que permiten integrar el diamante a heteroestructuras complejas; por ejemplo, metales, óxidos y otros materiales funcionales. El diamante, que a diferencia de otros materiales MEMS posee una química de superficie de stiction extremadamente estable y baja, podría reducir el costo de dispositivos como resonadores de RF e interruptores al relajar la necesidad de empaquetado costoso.        Una cuestión cercana que se relaciona al costo es escalabilidad de la producción a la escala de oblea. Hasta hace poco, el estado del arte de las tecnologías del diamante solamente podían cubrir obleas de 2-3 pulgadas de diámetro. La variabilidad de corrida a corrida también era un serio problema para el diamante. No obstante, ambos problemas han sido resueltos gracias a los avances en la química y plataformas utilizadas para sintetizar el diamante. La tecnología UNCD (diamante ultrananocristalino) es particularmente interesante en este aspecto, ya que permite que películas tan delgadas como 100 nm se depositen en obleas de hasta 200 mm con una excelente uniformidad en espesor y propiedades. La compatibilidad con las últimas etapas del proceso de fabricación de CMOS es otra ventaja ya que el depósito de películas UNCD de baja temperatura (350-400 °  C) ha sido demostrado. Obleas de diamante sobre silicio (DoSi) y de diamante sobre aislante (DOI) basadas en películas de UNCD están disponibles comercialmente y ofrecen un medio por el cual los diseñadores en la industria y academia pueden fabricar dispositivos prototipo de su propia creación para ser evaluados. Estas obleas se manufacturan utilizando herramientas y procesos que se insertan en un ambiente de fabricación (foundry), y están disponibles en tamaños de obleas que oscilan entre los 100 y 200 mm de diámetro. El funcionamiento también es un claro impulsor para el diamante. El diamante tiene varias propiedades intrínsecas que lo hacen el candidato ideal para dispositivos RF MEMS para GHz incluyendo el hecho de tener la velocidad acústica más alta de cualquier material, una baja disipación (alto Q), un coeficiente de frecuencia de baja temperatura, y una respuesta lineal de frecuencia a altas potencias o frecuencias. Por ende, el diamante ofrece un medio para mejorar el funcionamiento y obtener una reducción en el factor de forma vía la integración directa de filtros de RF e interruptores con microelectrónica de eficiente funcionamiento. A pesar de la importancia que el diseño de un "radio-en-un-circuito integrado" pueda tener, el área más pequeña ocupada por la estructura elemental de un RF MEMS con respecto al microprocesador y la diferencia de porcentaje de dispositivos útiles obtenidos en la fabricación de MEMS y CMOS", significa que mucho más probable que una integración de los componentes de RF con el dominio digital ocurrirá primero a través de metodologías de integración 3D (SoC, SiP).       Mientras la demostración de dispositivos basados en el diamante que tienen un funcionamiento superior es relativamente directo, encontrar un camino para insertar dispositivos en productos comerciales inalámbricos no está claro. Es necesario considerar que uno de los principales objetivos de la industria (y uno de los principales impulsores para RF MEMS en general) es integrar algunos o todos los componentes pasivos de RF que actualmente están fuera del circuito integrado. De esta manera, es lógico afirmar que tanto la tecnología del dispositivo como la estrategia de integración tienen que cambiar para cumplir con las necesidades del mercado. Dichos cambios dramáticos en la arquitectura del sistema (y la cadena de suministro que los alimenta) no ocurrirán repentinamente, y a pesar de las ventajas del funcionamiento potencial de un material nuevo de MEMS como el diamante, éstos ocurrirán gradualmente. La clave será en ganar la aceptación por los líderes internos de la industria que son responsables de identificar nuevas tecnologías y de insertarlas dentro del ciclo de desarrollo.  Por ejemplo, una metodología adoptada por Advanced Diamond Technologies (ADT) es introducir dispositivos de diamante RF en etapas; los especialistas trabajan con socios estratégicos que actualmente suministran dispositivos de RF como referencias de frecuencia y de tiempo. Especificaciones para un ingreso al mercado inicial con el objetivo de reemplazo de un nicho OEM debe ser identificado para un dispositivo de RF que demostrará el valor del diamante con base en su precio y funcionamiento. Esta es una estrategia similar a la que llevan a cabo SiTime y Discera, pero mientras ambas compiten frente a frente por el ya establecido mercado de cuarzo para referencias de tiempo en MHz, ADT busca aplicaciones de frecuencias más altas.       Cuando se combine el diamante con la disponibilidad de DOI desde diferentes fuentes, el conocimiento global del mismo como material MEMS crecerá de una manera similar a la evolución de SOI como la plataforma MEMS preferida. La segunda etapa de inserción involucra integrar redes de filtros de RF basados en el diamante y referencias de frecuencia como módulos de control ASIC estándares proporcionados en factor de forma adecuado para integrarse a través del uso de empaquetado estándar. La etapa final requerirá trabajar directamente con los diseñadores del producto final para desarrollar soluciones radio-en-un-circuito integrado utilizando 3D e integración directa de la parte frontend de RF basado en diamante con el CPU, referencia de tiempo y el convertidor analógico/digital. John A. Carlisle and Neil D. Kane, Advanced Diamond Technologies, Inc. Emmanuel Rodriguez C.I 17208374 Asignatura : CRF Fuente:  www.mtt.org/dl/index.php?S15_Diamonds.pdf